2023年高中化學243《氫能的開發(fā)與利用》學案蘇教版必修

2023-20232023-2023年高中化學2.4.3《氫能的開發(fā)與利用》學案蘇教版必修2【我思我學】想一想：１.用傳統(tǒng)的煤、石油、自然氣作為燃料，其主要缺點是什么？國際上認為“氫能源將21２.在生活和實際生產(chǎn)中大量應(yīng)用氫能源，首先要解決哪些問題？３.什么是儲氫材料？查一查：目前，有哪些使水分解生成氫氣的好方法？有哪些儲氫好材料？【同步導(dǎo)學】一、評價要點氫氣作為能源的優(yōu)點①全部元素中氫氣質(zhì)量最輕 ②全部氣體中氫氣導(dǎo)熱性最好③氫是自然界存在的最普遍的元素 ④燃燒性能好⑤氫本身無毒是最干凈的能源 ⑥氫的燃燒值大⑦氫能利用形式多⑧氫可以以氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的氫化物消滅，能適應(yīng)不同的要求氫能利用的關(guān)鍵①制備氫氣的耗能問題②氫氣的儲運和運輸問題氫能的開發(fā)和利用的方式①直接燃燒法②制作氫氧燃料電池二、方法指引讓每一個學生以輕松開心的心情去生疏多姿多彩、與人類息息相關(guān)的能源的開發(fā)和利用，尤其是氫能源的利用。三、典型例題1.“可燃冰”又稱“自然氣水合物”，它是在海底的高壓、低溫條件下形成的，外觀像冰。１體積“可燃冰”可存儲100-200體積的自然氣。下面關(guān)于“可燃冰”的表達不正確的選項是〔 〕A．可燃冰”有可能成為人類將來的重要能源B．“可燃冰”是一種比較干凈的能源C．“可燃冰”供給了水可能變油的例證D．“可燃冰”的主要可燃成分是甲烷的理念。N、S等可產(chǎn)生大氣污染的元素，故“可燃冰”可作為清潔能源；又由１體積“可燃冰”可存儲100-200燃冰”不是由水變化而來。答案：C【隨堂檢學】一、選擇題：旨在限制興旺國家溫室氣體排放量.抑制全球范圍內(nèi)氣候持續(xù)變暖的《京都議定書》已于216氣體的排放，以下措施的是 ( )A．大力開發(fā)氫能源 B．充分利用太陽能C．不使用含碳能源 D．提高能源利用率關(guān)于用水制取二級能源氫氣，以下爭論方向不正確的選項是 〔 〕A．構(gòu)成水的氫和氧都是可以燃燒的物質(zhì)，因此可爭論在水不分解的狀況下，使氫成為二級能源B．設(shè)法將太陽光聚焦，產(chǎn)生高溫使水分解產(chǎn)生氫氣C．查找高效催化劑，使水分解產(chǎn)生氫氣D．查找特別化學物質(zhì)，用于開發(fā)廉價能源，以分解水制取氫氣3.“綠色商品”是指對環(huán)境無污染的商品。以下商品不能稱為“綠色商品”的是〔 〕A.無鉛汽油 B.無磷洗滌劑 C.無氟冰箱 D.無碘食鹽能源與人類的生活和社會進展親熱相關(guān)，以下關(guān)于能源開發(fā)和利用的說法．．．．．( )A．用酒精代替汽油作汽車燃料B．隨著科技的進展，氫氣將會成為主要能源C．在農(nóng)村提倡利用沼氣作生活燃料D．人類利用的能源都是通過化學反響獲得的由自然界中大量存在的水來制?。?HO(l)==2H(g)＋O

(g)2 2 2以下表達正確的選項是 〔 〕A．電能是一級能源 B．水力是二級能源C．自然氣是一級能源 D．干餾煤氣是一級能源氫能源是21世紀極其具發(fā)前景的能源之一，它既是綠色能源，又可循環(huán)使用。請在以下圖的兩個空格中填上循環(huán)過程中反響物和生成物的分子式〔循環(huán)中承受太陽能的物質(zhì)在自然界中廣泛存在。從能量轉(zhuǎn)換的角度看，過程Ⅱ上主要是〔 〕氫能轉(zhuǎn)化為化學能化學能轉(zhuǎn)化為電能太陽能轉(zhuǎn)化為熱能電能轉(zhuǎn)化為化學能【活學活用】下表：幾種常見燃料的熱值燃料主要成分燃料主要成分酒精焦炭〔C〕自然氣〔主要是CH〕4氫氣為818例〕熱值〔kJ／mol〕13673008962865472答復(fù)：由表分析， 是一種抱負的燃料。試簡述這種抱負能源的主要優(yōu)點。① ；② ；③ 。氫氣可能是一種抱負的能源，假設(shè)以下兩個熱化學方程式：2CO(g)+O(g)==2CO(g) △H=-563.6kJ/mol2 22H(g)+O(g)==2HO(l) △H=-571.5kJ/mol2 2 2計算：燃燒多少千克氫氣生成液態(tài)水放出的熱量，跟燃燒5.60kg一氧化碳生成二氧化碳放出的熱量相等。參考答案1.C 2.A 3.D 4.D 5.C 6.B1H2清潔無污染 等質(zhì)量的燃料H放出的熱量最多2氫是自然界存在的最普遍的元素計算：解：n(CO)=200molQ=200mol×[563.6kJ/mol÷2]=5636kJn(H)×1000×〔571.5kJ/mol÷2〕=5636kJ2得：n(H)=197mol m(H)=394g=394Kg2 22023-2023年高中化學2023-2023年高中化學2.4版沉著說課合成氨工業(yè)對化學工業(yè)和我國實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化具有重要意義速率和平衡移動原理等理論對工業(yè)生產(chǎn)實踐的指導(dǎo)作用。能夠培育學生理論聯(lián)系實際的意合考慮合成氨生產(chǎn)中動力、設(shè)備、材料等的實際狀況，合理地選擇合成氨的生產(chǎn)條件是拓寬思路，探討合成氨的進展前景。固然，前者是本節(jié)教學的重點和難點。學生依據(jù)供給的有關(guān)試驗數(shù)據(jù)，爭論提高平衡混合物中NH3的含量所應(yīng)實行的方法。然后，結(jié)合合成氨生產(chǎn)中動力、材料、設(shè)備、催化劑活性等實際狀況，通過具體分析，得出合成氨時壓強、溫度、催化劑等的最正確條件。此外，應(yīng)通過合成氦生產(chǎn)過程示意圖、濃度等條件對目的。精神和科學方法的訓(xùn)練，教學過程中應(yīng)適度把握?！窠虒W目標使學生理解如何應(yīng)用化學反響速率和化學平衡的原理，選擇合成氨的適宜條件。使學生了解應(yīng)用化學原理選擇化工生產(chǎn)條件的思路和方法。通過運用化學反響速率和化學平衡原理選擇合成氨的適宜條件，培育學生分析問題解決問題的力量以及對所學理論的應(yīng)用力量。通過對合成氨工業(yè)將來的展望，激發(fā)學生寵愛祖國、刻苦學習的激情?！窠虒W重點應(yīng)用化學反響速率和化學平衡的原理選擇合成氨的適宜條件●教學難點使學生理解如何用化學反響速率和化學平衡的原理選擇合成氨的適宜條件●課時安排一課時●教學方法通過復(fù)習化學反響速率和化學平衡移動的有關(guān)學問，啟發(fā)學生得出應(yīng)用化學原理選擇化工生產(chǎn)條件的思路和依據(jù)，并結(jié)合生產(chǎn)實際，爭論得出合成氨的適宜條件。通過觀看合成氨的錄像，使學生了解濃度對合成氨的影響及原料氣的循環(huán)使用等問題。通過閱讀和爭論，使學生明確化工生產(chǎn)條件并非一成不變，鼓勵學生為選擇更好的合成氨條件而努力學習?！窠叹哳A(yù)備合成氨錄像帶、合成塔模型、投影儀、膠片●教學過程［復(fù)習提問］影響化學反響速率的因素有哪些？［生］濃度、溫度、壓強、催化劑等。要使一個化學平衡發(fā)生移動，可轉(zhuǎn)變哪些條件？［生］濃度、溫度，有氣體的反響可轉(zhuǎn)變壓強。［師這節(jié)課就學習合成氨條件的選擇。［板書］第四節(jié)合成氨條件的選擇［師］請大家寫出合成氨的化學方程式。［一個學生板演］N(g)+3H(g)2NH(g)2 2 3［師］請大家結(jié)合我們第一章所學學問，說出這個反響有何特點？［生］學生甲：反響物和生成物全為氣體。學生乙：是氣體體積縮小的可逆反響。學生丙：正反響是放熱反響。［教師提示］該反響常溫常壓下簡潔進展嗎？為什么？［生］NN≡N2［爭論你首先要考慮什么問題？結(jié)論：1.如何加快反響速率；2.如何提高NH在平衡混合氣中的含量。3［師措施呢？請同學們爭論以后填寫下表。［投影］目的目的選擇條件壓強溫度催化劑濃度使NH生產(chǎn)得快〔從速率分析〕3使NH生產(chǎn)得多〔從平衡分析〕3目的選擇目的選擇NH生產(chǎn)得快〔從速率分析〕3NH生產(chǎn)得多〔從平衡分析〕3壓強壓強溫度催化劑濃度增大壓強上升溫度使用催化劑增大反響物濃度增大壓強降低溫度無影響增大反響物濃度減小生成物濃度［師］下面我們就依據(jù)上表和化工生產(chǎn)的實際狀況，來分析一下合成氨的適宜條件。［板書］一、合成氨的條件選擇1.壓強［師含量，那么是不是壓強越大越好？一般實行多大壓強？請同學們翻開課本，閱讀P50。［生］20MPa～50MPa。［板書］20MPa～50MPa［師］下面我們再看溫度的選擇［板書］2.溫度［師衡狀態(tài)，這在化工生產(chǎn)上也是很不經(jīng)濟的。所以溫度不能太低，也不能太高，工業(yè)上一般在500℃左右的溫度下進展。［板書］500℃左右［師］500℃左右的溫度，還與另外一個因素有關(guān)，那就是催化劑的使用［板書］催化劑［師催化劑的活性與溫度有關(guān)，對于合成氨使用的催化劑，在500℃左右時活性最大，因此選擇500℃左右的溫度。那么合成氨工業(yè)承受什么催化劑呢？1909年德國化工專家哈伯覺察了鋨催化劑，但鋨，最終得到了抱負的以FeK、Mg、AlCa今日，工業(yè)上稱為鐵觸媒。［板書］鐵觸媒——以鐵為主體的多成分催化劑。［師］工業(yè)上在上述溫度、壓強和催化劑作用下，可使平衡混合氣中NH3的體積分數(shù)到達492—5500℃、20MPa～50MPaNH3的體積分數(shù)大約為多少？［生］26.4%左右。［師］明顯，NH3的產(chǎn)率并不太高，那么還需要實行什么措施來提高NH3的產(chǎn)率呢？［生］轉(zhuǎn)變濃度。［師］對，從前邊的分析可知，增大反響物的濃度或減小生成物的濃度，均可使化學平應(yīng)在什么設(shè)備中進展的，這個設(shè)備有何特點？氣體在其中是如何流淌的？〔放錄像〕［師］從錄像中看出，為提高原料的利用率，在生產(chǎn)過程中還實行了哪些措施？［生］把NH3液化分別出去，N2、H2混合氣體循環(huán)使用，準時補充N2和H2。［板書］4.濃度：分別出NH3后的N2、H2循環(huán)使用，并準時補充原料氣。［問］大家留意到補充原料氣時N2H2的比例了嗎？［生］1∶3。［師］對，N2H21∶3N2H2仍為1∶3，再以1∶3的體積比補充原料氣，就可以使反響物始終保持肯定的濃度，避開了不斷調(diào)整反響物配比的麻煩。那么，從平衡混合氣中分別出NH3，利用了氨氣的什么性質(zhì)呢？［生］易液化。［師］合成氨是在什么設(shè)備中進展的？［生］合成塔。［展現(xiàn)］合成塔模型［師］請大家結(jié)合剛剛的錄像，說一說合成塔構(gòu)造上有什么特點？［生］①有耐高壓的厚壁；②安放有厚層的催化劑；③有熱交換器。［師］由于合成氨的反響是放熱反響，通過熱交換器，可以預(yù)熱氮、氫混合氣體，使熱同學們閱讀課本——合成氨工業(yè)的進展前景。［板書］二、合成氨工業(yè)的進展前景［師高氨產(chǎn)量？或降低合成氨的本錢？［生］催化劑。［師］合成氨條件的選擇是與科學進步、動力、材料、設(shè)備等條件的改善嚴密聯(lián)系的，1949年全國氮肥產(chǎn)量僅0.61982年到達1021.9萬噸，成為世界上產(chǎn)量最高的國家之一。目前一些科學家正努力研制的催化劑，試圖使合成氨的反響在較低溫度下進展。那么，假設(shè)的催化劑研制成功緩合成氨生產(chǎn)中對壓強的要求而削減設(shè)備制造的投資呢？［學生爭論后可能得出以下兩種結(jié)論引起平衡移動，而增大壓強是為了使平衡向正反響方向移動，以增大NH3的產(chǎn)量。二、會，溫有利于平衡正向移動，增大NH3的產(chǎn)量，這樣就可以減緩生產(chǎn)中對壓強的要求而削減設(shè)備制造的投資。［教師總結(jié)］同學們說得都有道理，增大壓強和降低溫度都有利于提高NH3的產(chǎn)量，并。下面請同學們回憶一下合成氨化工生產(chǎn)條件的選擇依據(jù)，答復(fù)以下問題：［投影］在制硫酸的工業(yè)生產(chǎn)中，有以下反響：2SO2〔g〕+O2(g) 2SO3(g)〔正反響為放熱反響反響溫度為450℃，使用V2O5為催化劑在此條件下假設(shè)壓強為0.1MPa，SO2的轉(zhuǎn)化率為97.5%；壓強為10MPa，SO2轉(zhuǎn)化率為99.3%，答復(fù)：〔1〕450℃左右的溫度，緣由是什么？〔2〕SO3是否有利？在實際生產(chǎn)中應(yīng)如何選擇壓強？為什么？〔3〕生產(chǎn)中要用過量的空氣，為什么？［答案〔〕為了加快反響速率且使催化劑活性最強，所以選擇45℃。有利。在實際生產(chǎn)中應(yīng)實行常壓，因常壓下反響物已有很高轉(zhuǎn)化率，增大壓強雖然可提高SO2轉(zhuǎn)化率，但對設(shè)備要求也高，得不償失。用過量的空氣，可增大反響物中O2的濃度，從而加快反響速率，并提高SO2的轉(zhuǎn)化率。［布置作業(yè)］P50一、二、三、四、五●板書設(shè)計第四節(jié)合成氨條件的選擇一、合成氨的條件選擇1.壓強：20MPa～50MPa2.溫度：500℃左右3.催化劑：鐵觸媒——以鐵為主體的多成分催化劑。二、合成氨工業(yè)的進展前景●教學說明應(yīng)用化學原理選擇化工生產(chǎn)條件是本節(jié)課的重點內(nèi)容我通過引導(dǎo)學生分析合成氨的反響特點論生產(chǎn)條件，以加深學生對所學學問的理解，并提高其應(yīng)用所學學問解決實際問題的力量。增加學生的學習興趣，然后從合成氨的設(shè)備引出合成氨的前景爭論，在活潑的課堂氣氛中，使學生輕松地把握本節(jié)的學問。［參考練習］1．工業(yè)上合成氨時一般承受500℃左右的溫度，其緣由是( A．適當提高NH的合成速率3提高H的轉(zhuǎn)化率2提高NH的產(chǎn)率3催化劑在500℃左右活性最大答案：AD 2．對于合成氨的反響來說，使用催